Tabla de Contenidos
Presiunea osmotică (Π) se referă la presiunea care trebuie aplicată unei soluții pentru a încetini osmoza solventului printr-o membrană semipermeabilă dintr-un rezervor de solvent pur. Aceasta este o proprietate coligativă a soluțiilor care este de mare importanță în diferite domenii.
Presiunea osmotică este deosebit de relevantă în domeniile biologiei și medicinei, deoarece reglează echilibrul hidric al celulelor care alcătuiesc toate ființele vii. Pe de altă parte, presiunea osmotică este importantă și în domeniul ingineriei deoarece reprezintă presiunea minimă care trebuie aplicată unei soluții pentru a realiza osmoza inversă, procedură care stă la baza desalinării apei de mare.
În oricare dintre aceste cazuri este esențial să se poată calcula presiunea osmotică a diferitelor soluții. Din acest motiv, o problemă pentru calcularea presiunii osmotice a unei soluții apoase complexe este prezentată mai jos , adică una care conține mai multe substanțe dizolvate, unele ionice și altele nu.
Pe de altă parte, este, de asemenea, important să se poată determina concentrația necesară pentru a atinge o anumită presiune osmotică pentru a putea prepara soluții hipertonice, hipotonice sau izotonice după cum este necesar. Este prezentată și soluția unei probleme care tratează acest punct.
Cum se calculează presiunea osmotică?
Calculul presiunii osmotice a unei soluții se efectuează folosind următoarea formulă:
Unde Π este presiunea osmotică în atmosfere, i este coeficientul van’t Hoff, M este concentrația molară a substanței dizolvate, R este constanta gazului ideal a cărei valoare este 0,08206 atm.L/mol.K și T este temperatura absolută în kelvin.
În cazul mai multor substanțe dizolvate, presiunea osmotică totală se calculează ca suma contribuțiilor fiecărui dizolvat, adică:
Valorile coeficienților van’t Hoff pot fi determinate teoretic (aproximativ) din numărul de particule în care se disociază solutul dacă este un electrolit puternic, sau din rezoluția echilibrului ionic în cazul electroliților slabi .
Totuși, valoarea cea mai potrivită este cea care se determină prin experimente precum coborârea crioscopică sau ascensiunea ebuloscopică a unei soluții.
Problema 1: Calculul presiunii osmotice a unei soluții complexe
afirmație
Vrei să calculezi presiunea osmotică, în milimetri de mercur, a unei soluții preparate prin dizolvarea a 5,00 g de glucoză, 0,500 g de clorură de sodiu și 0,200 g de clorură de calciu în suficientă apă pentru a face 250 mL de soluție la 25°C. .
Soluţie
Rezolvarea acestui tip de probleme se realizează prin următorii pași:
Pasul 1: Extrageți datele din enunț, transformați unitățile și calculați masele molare relevante.
Primul pas, ca în toate problemele, este obținerea datelor enunțului. În acest caz, ni se dau masele a trei substanțe dizolvate, volumul total al soluției și temperatura. În plus, substanţele dizolvate sunt indicate a fi glucoză (formula C6H12O6 ) , clorură de sodiu ( NaCI ) şi clorură de calciu ( CaCI2 ) .
Următorul tabel rezumă datele furnizate. Deoarece se vor calcula concentrațiile molare, este necesar volumul în litri. Masele molare au fost calculate prin adăugarea maselor molare ale fiecărui atom prezent în formulă, așa cum este normal.
| m glucoză = | 5,00 g | MM glucoză = | 180,16 g/mol |
| m NaCl = | 0,500 g | MM NaCl = | 58,44 g/mol |
| mCaCl2 = _ | 0,200 g | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| V solvent = | 250 mL x (1L/1000mL) = 0,250L | T = | 25°C + 273,15 = 298,15K |
Pasul 2: Calculați concentrația molară a tuturor substanțelor dizolvate.
Această soluție conține 3 substanțe dizolvate, deci trebuie calculate 3 molarități. Acestea sunt:
Pasul 3: Determinați factorul van’t Hoff pentru fiecare dizolvat.
După cum am menționat la început, acești factori pot fi determinați experimental sau teoretic. În acest caz, o vom face teoretic.
Glucoză
Deoarece este un dizolvat molecular care nu se disociază, factorul van’t Hoff pentru glucoză este i=1 .
Clorura de sodiu
NaCl este un dizolvat ionic și este, de asemenea, un electrolit puternic. În acest caz, factorul van’t Hoff este determinat de numărul total de ioni sau particule în care solutul se disociază în soluție. Următoarea este reacția de dizolvare a acestei substanțe dizolvate:
După cum putem vedea, fiecare formulă de NaCl care se disociază produce un total de doi ioni, deci pentru acest dizolvat i=2 .
Clorura de calciu
Ca și în cazul precedent, clorura de calciu constă dintr-un dizolvat ionic care se disociază complet în soluție apoasă. Reacția de disociere este:
Spre deosebire de clorura de sodiu, clorura de calciu produce trei ioni la disociere, deci are un factor teoretic van’t Hoff de i=3 .
Pasul 4: Folosiți formula pentru a determina presiunea osmotică.
Ultimul pas este determinarea presiunii osmotice în sine. Rezultatul inițial va fi exprimat în atmosfere, așa că va trebui apoi să-l transformăm în mmHg, așa cum este specificat în enunț.
Răspuns
Soluția va avea o presiune osmotică de 3.740 mmHg.
Problema 2: Calculul concentrației din presiunea osmotică
afirmație
Determinați masa de clorură de calciu necesară pentru a prepara 100 ml de soluție cu o presiune osmotică de 380 Torr la 37°C.
Soluţie
Acest tip de problemă este atacată într-un mod similar cu cea anterioară. Singurul lucru care se schimbă este utilizarea ecuației presiunii osmotice, care trebuie rezolvată pentru a obține necunoscuta dorită, în acest caz concentrația de solut, în loc să fie folosită direct.
Pasul 1: Extrageți datele din enunț, transformați unitățile și calculați masele molare relevante.
Primul pas este același ca în cazul precedent.
| V solvent = | 100 mL x (1L/1000mL) = 0,100L | T = | 37°C + 273,15 = 310,15K |
| Π = | 380 Torr. (1atm/760 Torr) = 0,500 atm | MM CaCl2 = | 110,98 g/mol |
| mCaCl2 = _ | ? |
Pasul 2: Determinați factorul van’t Hoff
După cum am văzut în problema anterioară, deoarece este un electrolit puternic care produce trei ioni atunci când se disociează, factorul van’t Hoff al clorurii de calciu este i=3 .
Pasul 3: Curățați și calculați concentrația molară a solutului.
Deoarece este un singur dizolvat, presiunea osmotică este dată de:
Cunoaștem deja valorile tuturor variabilelor, cu excepția concentrației molare, așa că putem rezolva această ecuație pentru acea variabilă:
Pasul 4: Folosind formula molarității, izolați masa de dizolvat.
Formula pentru molaritate sau concentrație molară este:
Rezolvând această ecuație pentru masa substanței dizolvate, msto , rezultă:
Răspuns
Trebuie cântăriți 0,0727 g de clorură de calciu pentru a prepara 100 mL dintr-o soluție care are o presiune osmotică de 380 Torr la o temperatură de 37 °C.
Referințe
- Castro, S. (2019). Presiunea osmotica Formula si exercitii rezolvate . profesor10matematică. https://www.profesor10demates.com/2018/12/presion-osmotica-formula-y-ejercicios-resueltos.html
- Chang, R. (2021). Chimie (ed. a noua). McGraw-Hill.
- Presiune osmotica. Ce este, Formula și Exemple. (2020). Miez vizual. https://nucleovisual.com/presion-osmotica-que-es-y-como-calcular/
- Zapata, M. (2020). Proprietăţi coligative : Presiunea osmotică . Chimie la home.com. https://quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/
